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Die 3D-Druck-Revolution ist endlich da

Da COVID-19 schwere Schäden in der globalen Lieferkette verursacht, könnte sich der Trend, die Fertigung näher an die Kunden zu bringen, weiter entwickeln, um Mikrofertigungsfabriken in den Wohnzimmern der Menschen zu platzieren.

Die meisten Produkte in amerikanischen Haushalten tragen das Etikett „Made in China“, aber auch Produkte mit der Aufschrift „Made in America“ kommen oft aus China und werden nun oft verzögert. Die Coronavirus-Pandemie hat in China so viele Fabriken geschlossen, dass die NASA die daraus resultierende Verringerung der Weltraumverschmutzung beobachten kann, und einige Produkte werden immer schwieriger zu finden.

Gleichzeitig gibt es quelloffene, kostenlose digitale Designs, die mit 3D-Druckern Millionen von Projekten realisieren können, und ihre Zahl wächst exponentiell. Dies ist auch der Fokus der Wissenschaft auf offenes Hardware-Design. Medizinische Open-Source-Hardware hat einige Designs geteilt, um während der Pandemie zu helfen, wie Gesichtsmasken, Masken und Beatmungsgeräte. Kostenloses digitales Produktdesign geht weit über Pandemie-Hardware hinaus.

Der Preis für 3D-Drucker ist so weit gefallen, dass er für die meisten Amerikaner akzeptabel ist. Die Leute können verschiedene Produkte zu Hause herunterladen, anpassen und drucken, und die Endkosten sind normalerweise niedriger als die Kosten für den Kauf des Produkts.

Vom Rapid Prototyping zur Home Factory

Vor nicht allzu langer Zeit glaubte die Industrie im Allgemeinen, dass die Herstellungsindustrie mit den niedrigsten Kosten die Massenproduktion in großem Maßstab in Ländern mit niedrigen Arbeitskosten wie China sei. Damals, in den frühen 2000er Jahren, konnten nur Fortune-500-Unternehmen und große Forschungsuniversitäten 3D-Drucker einsetzen. Diese Maschinen sind riesige und teure Werkzeuge, die verwendet werden, um schnell Prototypen von Teilen und Produkten zu erstellen.

Vor mehr als zehn Jahren war das Patent für die erste Art der 3D-Drucktechnologie abgelaufen. Ein Professor in Großbritannien brachte eine interessante Idee vor, nämlich einen 3D-Drucker zu bauen, der selbst drucken kann. Er startete das RepRap-Projekt – kurz Self-Replicating Rapid Prototyping – und veröffentlichte das Design mit einer Open-Source-Lizenz im Web. Diese Designs verbreiteten sich wie ein Lauffeuer und wurden bald von Tausenden von Ingenieuren und Bastlern auf der ganzen Welt überfallen und verbessert.

Viele dieser Hersteller gründeten ihre eigenen Unternehmen, um Varianten dieser 3D-Drucker herzustellen, und jetzt können die Leute 3D-Drucker für 250 bis 550 US-Dollar kaufen. Heutige 3D-Drucker sind ausgereifte Roboter für die additive Fertigung, die Produkte schichtweise herstellen können. Die additive Fertigung durchdringt viele Branchen.

Meine Kollegen und ich haben einen klaren Trend beobachtet, denn die Technologie droht großen Schäden an globalen Wertschöpfungsketten. Unternehmen wechseln häufig vom 3D-Druck für das Prototyping zum Einsatz von 3D-Druck, um die benötigten Produkte intern herzustellen. Sie nutzen den 3D-Druck auch, um die Fertigung näher an den Kunden zu bringen und so den Lager- und Versandbedarf zu reduzieren. Einige Kunden haben bereits 3D-Drucker gekauft und eigene Produkte hergestellt.

Dies ist kein kleiner Trend. Amazon listet jetzt 3D-Druck-Filamente (Rohstoffe für 3D-Drucker) sowie Batterien und Handtücher unter „Amazon Basics“. Im Allgemeinen können Benutzer, wenn sie Produkte zu Hause drucken, 90 bis 99 % des Handelspreises sparen.

Die 3D-Druck-Revolution ist endlich da

Wir hatten vorhergesagt, dass die Einführung des 3D-Drucks und der Übergang zur verteilten Fertigung ein langsamer Prozess sein werden, da immer mehr Menschen immer mehr Produkte drucken. Dies ist jedoch ein echtes Risiko, dass das Produkt nicht verwendet werden kann, bevor sich das Coronavirus ausbreitet.

Ein gutes Beispiel für die starke Nachfrage nach 3D-gedruckten Produkten ist die persönliche Schutzausrüstung (PSA). Die 3D-Druckbörse der National Institutes of Health ist eine kleine Designdatenbank der Relativitätstheorie, und ihr neues PPE-Design hat für Aufsehen gesorgt.

Aufgrund der weltweiten Auswirkungen des Coronavirus wurde die Lieferkette von 94 % der Fortune-1000-Unternehmen unterbrochen, und Unternehmen, die auf eine globale Beschaffung angewiesen sind, stehen vor schwierigen Entscheidungen.

Der Wert von Industrieprodukten sinkt weiter, weil das Coronavirus die Nachfrage mit der Schließung von Herstellern und der Quarantäne potenzieller Kunden stark geschwächt hat. Dies wird die Möglichkeiten der Menschen, das Produkt zu verwenden, einschränken und gleichzeitig die Kosten erhöhen.

In Industrieländern auf der ganzen Welt ist die globale Lieferkette aufgrund strenger Isolation, Hausordnungen und anderer sozialer Distanzierungsmaßnahmen gestört, was Möglichkeiten für eine verteilte Fertigung bietet, um die ungedeckte Nachfrage zu decken. Kurz- bis mittelfristig werden viele Menschen feststellen, dass bestimmte Produkte nicht verfügbar oder überteuert sind.

In vielen Fällen können sie die benötigten Produkte herstellen (wenn sie einen Drucker verwenden können). Unsere Recherchen zu globalen Wertschöpfungsketten haben ergeben, dass insbesondere der 3D-Druck von Kunststoffen sehr weit fortgeschritten ist, sodass jedes Produkt mit einem hohen Polymeranteil (auch wenn die Teile flexibel sind) auch 3D-gedruckt werden können.

Jenseits von Plastik

Auch für Anfänger ist es einfach, funktionale Spielsachen und Haushaltsgegenstände zu Hause herzustellen. Gleiches gilt für Arthritispatienten und andere Medizinprodukte sowie adaptive Hilfsmittel für Sportartikel wie Skateboards.

3D-Druck aus Metall und Keramik ist bereits verfügbar und wird in einer Reihe von Produkten schnell erweitert, von teuren medizinischen Implantaten über Raketentriebwerke bis hin zu kostengünstigen Verbesserungen bis hin zu einfachen Massenprodukten mit 3D-gedruckten Stents. Bedruckbare Elektronik, Medikamente und größere Gegenstände wie Möbel sind erhältlich oder werden in naher Zukunft erscheinen. Diese fortschrittlicheren 3D-Drucker können dazu beitragen, den Trend zur verteilten Fertigung zu beschleunigen, auch wenn sie nicht in den Haushalten der Menschen erscheinen.

Es gibt einige Hindernisse, insbesondere für den Verbraucher-3D-Druck. Das 3D-Druck-Filament selbst wird von der Unterbrechung der globalen Lieferkette betroffen sein, obwohl die Recyclebot-Technologie es den Menschen ermöglicht, Kunststoffabfälle zur Herstellung von Filamenten zu verwenden. Einige Metall-3D-Drucker sind immer noch teuer, und viele der feinen Metallpulver, die als Rohstoffe verwendet werden, können beim Einatmen gefährlich sein, aber es gibt jetzt Metalldrucker für 1,200 US-Dollar, die leichter zugängliche Schweißdrähte verwenden. Diese neuen Drucker und neue Drucker, die eine Vielzahl von Materialien verarbeiten können, müssen noch entwickelt werden. Es ist noch ein langer Weg, bis alle Produkte und deren Komponenten zu Hause in 3D gedruckt werden können. Betrachten Sie einen Computerchip.

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